Aivojen inspiroima langaton anturijärjestelmä

02.04.2024

Brownin yliopistossa tutkimusryhmä kehittelee uutta lähestymistapaa langattomaan viestintäverkkoon, joka voi tehokkaasti lähettää, vastaanottaa ja purkaa dataa tuhansista lähettimen, energiavastaanottimen ja anturoinnin sisältävistä mikrosiruista.

Anturiverkko on suunniteltu siten, että sirut voidaan istuttaa kehoon tai integroida puetettaviin laitteisiin. Jokainen alle millimetrin kokoinen piianturi jäljittelee aivojen neurosolujen kommunikointia sähköisen aktiivisuuspiikkien kautta. Anturit havaitsevat tietyt tapahtumat piikkeinä ja lähettävät sitten datansa langattomasti reaaliajassa, mikä säästää sekä energiaa että kaistanleveyttä.

"Aivomme toimivat harvanlaisesti", sanoo tutkijatohtori Jihun Lee. "Neuronit eivät piikitä koko ajan. Ne pakkaavat dataansa ja piikittävät harvakseltaan, joten ne ovat erittäin tehokkaita. Me matkimme tätä rakennetta tässä langattomassa televiestinnässämme.

Anturit eivät lähettele dataa koko ajan vaan tarpeen mukaan lyhyinä sähköpiikkeinä ja ne voisivat tehdä sen muista antureista riippumatta ja koordinoitumatta keskusvastaanottimen kanssa. Tekemällä tämän onnistuisimme säästämään paljon energiaa ja välttämään sen, että vastaanotinkeskittimeen tulvii vähämerkityksellistä dataa."

Tämä radiotaajuinen lähetysjärjestelmä tekee järjestelmästä myös skaalautuvan ja ratkaisee yleisen ongelman nykyisissä anturitietoliikenneverkoissa: ne kaikki on synkronoitava täydellisesti toimiakseen hyvin.

"Elämme antureiden maailmassa", sanoi Brown's School of Engineeringin professori ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja Arto Nurmikko. "Ne ovat kaikkialla. Niitä on varmasti autoissamme, niitä on monissa työpaikoissa ja niitä tulee yhä enemmän koteihimme. Vaativin ympäristö näille antureille on kuitenkin ihmiskehon sisällä.

Siksi tutkijat uskovat, että järjestelmä voi auttaa luomaan perustan seuraavan sukupolven implantoitaville ja puetettaville biolääketieteellisille antureille.

"Kyseessä on virstanpylväs tämän tyyppisen piikityspohjaisen langattoman mikrosensorin kehittämisessä", Jihun Lee kehuu.

Tapahtumat, joita anturit tunnistavat ja lähettävät, voivat olla tiettyjä tapahtumia, kuten muutoksia niiden valvomassa ympäristössä, mukaan lukien lämpötilan vaihtelut tai tiettyjen aineiden esiintyminen. Toimintaenergiansa anturit saavat ulkoiselta lähetinvastaanottimelta.

Tutkijat testasivat järjestelmää laboratoriossa 78 anturilla ja havaitsivat, että ne pystyivät keräämään ja lähettämään dataa vähin virhein, vaikka anturit tekivät lähetyksensä kukin omia aikojaan. Simulaatioiden avulla tutkijat pystyivät osoittamaan, kuinka kädellisten aivoista kerättyä dataa voidaan purkaa noin 8 000 hypoteettisesti piikittävään neurosoluun istutetun sensorin avulla.

Tutkijoiden mukaan seuraaviin vaiheisiin kuuluu järjestelmän optimointi virrankulutuksen vähentämiseksi ja laajempien sovellusten tutkiminen neurotekniikan lisäksi.

Aiheesta aiemmin;

Siruton ja langaton elektroninen "iho"

Muistissa toimivaa langatonta laskentaa
20.04.2024Yksi atomikerros kultaa ja molekyylikorjaaja
19.04.2024Uusia ja yllättäviä topologiota
18.04.2024Kvanttivalo syntyy renkaassa ja lähtee kiertueelle
17.04.2024Fononit ja magnonit kaveraavat
16.04.2024E-nenälle ihmisen tasoinen hajuaisti
15.04.2024Valo valtaa alaa magnetismissa
13.04.2024Nanorakenteilla energiaa haihtuvasta vedestä
12.04.2024Bolometrit kubitteja mittaamaan
11.04.2024Kudottavia ohuita puolijohdekuituja
10.04.20242D-antenni tehostaa hiilinanoputkien valontuottoa

Siirry arkistoon »